Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя Российский патент 2017 года по МПК F01D5/06 F02C7/36 

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в двигателях авиационного и наземного применения.

Известен узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора и вал турбины, соединенные посредством фланцевого соединения, в котором концы фланцев направлены внутрь валов, при этом совместное центрирование валов осуществляется посредством центрирующего пояска, выполненного на внутреннем диаметре фланца вала компрессора (патент на ПМ №109224).

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного узла соединения является ограниченность области применения, а именно фланцы валов компрессора и турбины должны быть выполнены из материалов с идентичными или очень близкими коэффициентами температурного расширения. В противном случае, с повышением температуры в узле на рабочих режимах работы двигателя происходит либо образование зазора между посадочными поверхностями в области упомянутого центрирующего пояска, что приведет к потерям соосности валов и повышению уровня вибраций двигателя. Либо образование повышенного натяга по посадочным поверхностям в области упомянутого центрирующего пояска, что приведет к увеличению контактных напряжений с возможным их разрушением.

Кроме того, жесткие требования к выполнению посадочных поверхностей по центрирующему пояску узла соединения усложняют проведение замены одного вала компрессора или турбины на другой.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является расширение области применения узла соединения валов компрессора и турбины за счет того, что в заявленном узле возможно использование валов, выполненных из материалов с различными коэффициентами температурного расширения, с сохранением соосности валов и отсутствием повышенных вибраций на всех режимах работы двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что известный узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора и вал турбины, соединенные посредством фланцевого соединения, в котором концы фланцев направлены внутрь валов, согласно настоящему изобретению он дополнительно снабжен разрезным кольцом, установленным в кольцевой канавке, выполненной в месте стыка фланцев со стороны их внутренних поверхностей, причем наружная поверхность разрезного кольца и ответные поверхности кольцевой канавки выполнены клиновидной формы, при этом вал компрессора или вал турбины снабжен кольцевым центрирующим пояском, охватывающим участок соседнего вала по его наружному диаметру, кроме того, упомянутые валы выполнены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения.

Такое выполнение устройства позволяет расширить область применения заявленного узла соединения валов компрессора и турбины за счет возможности выполнения упомянутых валов из материалов с любыми коэффициентами температурного расширения, с сохранением соосности валов и отсутствием повышенных вибраций на всех режимах работы двигателя. Наличие центрирующего пояска необходимо только для начальной центрации валов, посадка по которой осуществляется с минимальным натягом, что положительно сказывается отсутствием повреждений посадочных поверхностей при частых сборках и разборках двигателя. Затем, при разогреве узла соединения на любых режимах работы двигателя натяг по центрирующему пояску может исчезать. При этом в то же время всегда возникает необходимый натяг от разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке, за счет центробежных сил, возникающих от массы разрезного кольца и растущих с увеличением режима работы, т.е. центрация валов при работе узла происходит через разрезное кольцо, в результате чего исключаются потеря соосности валов и повышенные вибрации на всех режимах работы двигателя.

Также следует отметить, что в заявленном узле соединения возможно использовать любой вал компрессора с любым валом турбины, т.е. не требуется обеспечивать необходимые размеры для образования нужного натяга по посадочным поверхностям.

В частном случае реализации на разрезном кольце со стороны его внутреннего диаметра закреплены грузы.

Данные грузы позволяют настроить необходимую силу натяга на фланцевое соединение от разрезного кольца в процессе доводки двигателя.

На фигуре чертежа представлен продольный разрез узла соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя.

Узел соединения валов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, выполненных из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, содержащий вал компрессора 1 и вал турбины 2, соединенные посредством фланцевого соединения, например, болтами 3, в котором концы фланцев 4 и 5 направлены внутрь валов 1 и 2, разрезное кольцо 6, установленное в кольцевой канавке, выполненной в месте стыка фланцев 4 и 5, со стороны их внутренних поверхностей, причем наружная поверхность разрезного кольца 6 и ответные поверхности кольцевой канавки выполнены клиновидной формы. Вал турбины 2 снабжен кольцевым центрирующим пояском 7, охватывающим участок вала компрессора 1 по его наружному диаметру (возможно также центрирующий поясок 7 выполнить на валу компрессора 1, при этом он будет охватывать участок вала турбины 2).

На внутреннем диаметре разрезного кольца 6 выполнен кольцевой радиальный выступ 8, на котором закреплены грузы 9.

В процессе монтажа первоначальное центрирование вала компрессора 1 и вала турбины 2 осуществляется посредством центрирующего пояска 7, создающим минимальным натяг по посадочным поверхностям. С повышением частоты вращения валов до рабочих режимов и повышением температуры возможно образование зазора между центрирующим пояском 7 и участком наружной поверхности вала компрессора 1. В то же время всегда возникает необходимый натяг от разрезного кольца 6, установленного в кольцевой канавке, за счет центробежных сил, возникающих от массы разрезного кольца 6 и растущих с увеличением режима работы. Т.е. центрация валов 1 и 2 происходит через разрезное кольцо 6, что исключает потери соосности валов и повышенных вибраций двигателя во время его работы.

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в двигателях авиационного и наземного применения. Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит вал компрессора и вал турбины, соединенные посредством фланцевого соединения, в котором концы фланцев направлены внутрь валов. Узел дополнительно снабжен разрезным кольцом, установленным в кольцевой канавке, выполненной в месте стыка фланцев, со стороны их внутренних поверхностей. Наружная поверхность разрезного кольца и ответные поверхности кольцевой канавки выполнены клиновидной формы. Вал компрессора или вал турбины снабжен кольцевым центрирующим пояском, охватывающим участок соседнего вала по его наружному диаметру, кроме того, упомянутые валы выполнены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении области применения узла соединения валов компрессора и турбины за счет того, что в заявленном узле возможно использование валов, выполненных из материалов с различными коэффициентами температурного расширения, с сохранением соосности валов и отсутствием повышенных вибраций на всех режимах работы двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора и вал турбины, соединенные посредством фланцевого соединения, в котором концы фланцев направлены внутрь валов, отличающийся тем, что снабжен разрезным кольцом, установленным в кольцевой канавке, выполненной в месте стыка фланцев со стороны их внутренних поверхностей, причем наружная поверхность разрезного кольца и ответные поверхности кольцевой канавки выполнены клиновидной формы, при этом вал компрессора или вал турбины снабжен кольцевым центрирующим пояском, охватывающим участок соседнего вала по его наружному диаметру, кроме того, упомянутые валы выполнены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения.

2. Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что на разрезном кольце со стороны его внутреннего диаметра закреплены грузы.